Предавање I. Владимир Божовић. Курс криптографиjе Одсjек за математику Природно-математички факултет

Transcript

1 Одсjек за математику Природно-математички факултет Курс криптографиjе 2011.

2 Како таjну сачувати таjном? Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Пориjекло риjечи криптографиjа jе грчко, а састоjи се од риjечи криптос (скривено, таjно) и риjечи графо (писати). Потреба да се садржаj поруке учини разумљивим само унаприjед одређеном скупу реципиjената jе стара колико и комуникациjа. Описно говорећи, криптографиjа jе наука, односно скуп техника, коjом се задовољава претходна потреба.

5 Поглед у историjу Увод Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Наjстариjи примjер коришћења криптографских техника потиче из древног Египта, приjе више од 2000 година. Спартанци - брутална криптографиjа. Арапски математичар Ал-Кинди jе око 800 године издао књигу о крипто-системима и криптоаналитичким техникама. Анализа учесталости.

8 Утицаj криптографиjе на историjу Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Мата Хари jе идентификована као дупли агент након што jе пресретнута њемачка криптована порука од стране француске обавjештаjне службе. Мери, краљица Шкотске jе погубљена након што су декриптоване поруке између завjереника за свргавање Елизабете I. Соба 40, криптографски центар британске морнарице у I свjетском рату.

11 Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Наjпознатиjа прича из историjе криптографиjе Њемци су у току другог свjетског рата користили машину "Енигма" у сврху размjене повjерљивих, првенствено воjних информациjа. Енигма као затворен, непознат крипто-алгоритам, коjу су Њемци током рата стално унапређивали. Већ Британци су дошли у посjед почетне верзиjе ове машине са прилично опширном документациjом.

14 Блечли парк и Алан Тjуринг Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Суштински помак у смислу процедура разбиjања енкрипциjе Енигме jе направио пољски криптоаналитичар Мариjан Реjевски. Блечли парк jе постао синоним криптоанализе наjвисочиjег нивоа. Бриљантни Алан Тjуринг. Сматра се да би рат траjао наjмање двиjе године дуже без доприноса Блечли парка и неких крипто-центара у САД.

17 Шта jе криптографиjа? Историjски осврт Гдjе се данас користи криптографиjа? У времену кад огроман проценат своjих дневних активности селимо на глобалну мрежу, постаjе суштински важно да: Заштитимо своj идентитет, односно податке коjи су везани за финансиjске инструменте коjе посjедуjемо. Заштитимо личне и пословне податке од неовлашћеног коришћења, односно миjењања. Криптографиjа се користи у веб трансакциjама, АТМ машинама, смарт картицама, музичким и ДВД уређаjима, комуникационим уређаjима... Владе, свиjет бизниса, а посебно воjска су у нарастаjућоj потреби за сигурним криптографским техникама, односно системима.

22 Основни криптографски алгоритми На почетку, све била jе криптографиjа У раниjим временима, чак jе и чист запис информациjе био "криптичан". Први класични криптосистеми су били транспозициони, гдjе се само миjењао редослед слова у оригиналноj поруци. Jулиjе Цезар jе за потребе воjске користио следећи jедноставан криптографски систем: A B... Z

27 Цезаров алгоритам Увод Основни криптографски алгоритми Претпоставимо да jе Цезар на цедуљици послао поруку Клеопатри са садржином "rockmebaby" користећи кључ = 7. Шта то практично значи? Практично, то би изгледало: ( )+7 (mod 26) ( ) Словни еквивалент претходног низа jе:"yvjrtlihif".

34 Кључ коjи закључава и откључава Основни криптографски алгоритми Клеопатра ће бити задовољна претходном поруком само под условом да зна алгоритам и кључ коjи jе користио Цезар. Алгоритам и кључ као основа симетричне криптографиjе. Како размиjенити кључ? Да ли успjешно обављена размjена кључа гарантуjе безбjедност система? Криптоанализа; key space; Керкохофов принцип.

39 Jош неки криптографски алгоритми Основни криптографски алгоритми Супституциони алгоритам се састоjи од замjене слова на основу унаприjед одабране пермутациjе. A B C D E F G H I J K L M F A D G J K L V W X M N S N O P Q R S T U V W X Y Z P R O Z Y I B C Q U E T H Колики jе "key space" у суспституционом алгоритму? Виженеров алгоритам. Алгоритам: V = V(m; k 1, k 2,...,k m ).

43 Рачунари и криптопграфиjа Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Поjава рачунара jе у потпуности промиjенила криптографиjу. Повећана jе брзина извршења крипто алгоритама, али и брзина криптоаналитичких процедура. Повећање брзине и могућности рачунара динамички миjењаjу стандарде сигурности. Амерички (напуштени) стандард за енкрипциjу, ДЕС, коjи jе имао 56 битни кључ jе разбиjен за мање од 24 сата на специjално направљеном рачунару.

47 Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Кључ коjи закључава, али не откључава Ако разбиjемо традиционалну претпоставку да кључ коjи закључава jедна врата може да их и откључа, онда долазимо до апстрактног нивоа идеjе о асиметричноj (public key) криптографиjе. One-way funkcija Функциjа f : D R коja има особину да jе лако израчунати f(x) за свако x D и тешко наћи било какву информациjу о x за дато f(x) се назива криптографска one-way фунцкиjа. Замислимо концепт у ком сви имаjу могућност да закључаjу врата, а да само jедан власник правог кључа може да их откључа.

50 Примjери one-way функциjа Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Дискретни логаритам Нека jе X = {1, 2,..., p 1}, гдjе jе p прост броj. Нека jе gcd(a, p) = 1. Дефинишимо f(x) := a x (mod p). За довољно велико p, не постоjи ефикасан алгоритам коjи инвертуjе ову функциjу, односно рjешава такозвани проблем дискретног логаритма. РСА one-way функциjа Нека jе n = pq гдjе су p, q прости броjеви, а e броj тако да gcd(e,(p 1)(q 1)) = 1. Тада jе f(x) := x e (mod n), x {1, 2,..., n 1} one-way уколико jе n велики броj и његова факторизациjа непозната. Ова функциjа jе темељ РСА алгоритма.

51 Примjери one-way функциjа Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Дискретни логаритам Нека jе X = {1, 2,..., p 1}, гдjе jе p прост броj. Нека jе gcd(a, p) = 1. Дефинишимо f(x) := a x (mod p). За довољно велико p, не постоjи ефикасан алгоритам коjи инвертуjе ову функциjу, односно рjешава такозвани проблем дискретног логаритма. РСА one-way функциjа Нека jе n = pq гдjе су p, q прости броjеви, а e броj тако да gcd(e,(p 1)(q 1)) = 1. Тада jе f(x) := x e (mod n), x {1, 2,..., n 1} one-way уколико jе n велики броj и његова факторизациjа непозната. Ова функциjа jе темељ РСА алгоритма.

52 Ривест, Шамир, Адлеман Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем

53 РСА алгоритам Увод Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Тестирање да ли jе неки броj прост или сложен jе jедноставан, али jе факторизациjа броjа на просте факторе тежак задатак! Примjер Нека jе p = 7, q = 13. Тада jе n = pq = 91, а φ(n) = 72. Претпоставимо да особа X жели да пошаље поруку m = 3 особи Y коjа зна факторизациjу броjа n. Особа Y обjављуjе следеће параматре система: n=91, e=5. Примjетимо да jе gcd(5, 72) = 1. Особа X шаље енкрипциjу поруке m = 3 особи Y. Особа X рачуна 3 5 = (mod 91) и шаље броj 61 особи Y. Особа Y декриптуjе поруку 61 тако што наjприjе рачуна броj d = 29 (таjни кључ) тако да de 1 (mod 72). Затим рачуна (mod 91) и добиjа оригиналну поруку.

58 Моћ jедноставности Идеjа асиметричне криптографиjе RSA крипто систем Анализа коректности РСА алгоритма За дато n = pq, гдjе су p, q прости, Оjлерова функциjа jе φ(n) = (p 1)(q 1). Коришћењем Фермаове и Кинеске теореме о остацима показуjе се да: m kφ(n)+1 m (mod n), m Z n Особа Y бира пар броjева e, d тако да ed 1 (mod φ(n)). Броjе e обjављуjе као дио jавног кључа, а броj d чува као своj, таjни кључ. Обjављуjе и броj n. Особа X, поруку m Z n енкриптуjе помоћу jавног кључа e и шаље m e (mod n). Декрипциjа jе jедноставна. Особа Y рачуна (m e ) d m ed m (mod n).

62 Како подиjелити таjну? Претпоставимо да имамо задатак да подиjелимо повjерљиву информациjу (таjну) на n субjеката тако да jе било коjих k од n субjеката у стању да реконструишу комплетну инфомациjу. Шамир, као jедан од наjплодниjих научника у области криптографиjе jе предложио jедноставно гениjално, односно гениjално jедноставно рjешење овог проблема.

63 Како подиjелити таjну? Претпоставимо да имамо задатак да подиjелимо повjерљиву информациjу (таjну) на n субjеката тако да jе било коjих k од n субjеката у стању да реконструишу комплетну инфомациjу. Шамир, као jедан од наjплодниjих научника у области криптографиjе jе предложио jедноставно гениjално, односно гениjално jедноставно рjешење овог проблема.

64 Полиноми таjну криjу Лагранжова интерполациjа Полином f(x) = a 0 x k 1 + a 1 x k a 0 степена k 1 jе одређен са било коjих (x 1, f(x 1 )),(x 2, f(x 2 )),...,(x k, f(x k )) тачака.

65

66

67 Питања Увод